Использование струйных аппаратов в системах

безопасности АЭС

Использование струйных аппаратов в системах

безопасности АЭС

Москва 2013 Кафедра АЭС НИУ МЭИ

Выполнено в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по Соглашению №14.В37.21.0151

2

1. Классификация струйных аппаратов2. Использование струйных аппаратов в схемах АЭС• Схема

расхолаживания активной зоны канального реактора с использованием инжектора конденсационного типа

• Схема расхолаживания активной зоны кипящего реактора с использованием сепарационного парожидкостного насоса

• Организация циркуляции теплоносителя в контурах кипящих реакторов• Контур циркуляции с инжектором–конденсатором и струйными насосами• Система пассивного отвода тепла на базе инжектора–конденсатора• Система безопасности на основе агрегата «электронасос-струйный насос»

1. Расчет струйных аппаратов• Газодинамические функции• Расчет струйных насосов• Расчет водовоздушных эжекторов• Расчет водовоздушных инжекторов• Расчет пароводяных инжекторов (с цилиндрической камерой смешения)• Анализ эффективности струйных аппаратов

Список литературы

СОДЕРЖАНИЕ

3

СТРУЙНЫЙ АППАРАТ - устройство, в котором осуществляется процесс инжекции, заключающийся в передаче кинетической энергии одного потока другому потоку путем непосредственного контакта (смешения).

I – рабочее сопло; II – пассивное сопло; III – камера смешения; IV – диффузор

Рисунок 1.1 – Схема струйного аппарата

1. Классификация струйных аппаратов

4

По агрегатному состоянию взаимодействующих сред струйные аппараты делятся на три группы:

аппараты, в которых агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред одинаково (например газо-, паро- и водоструйные компрессоры, эжекторы, инжекторы, струйные насосы);аппараты, в которых рабочий и инжектируемый потоки находятся в разных агрегатных состояниях, не изменяющихся в процессе их смешения (например водовоздушные эжекторы, струйные аппараты для пневмотранспорта и гидротранспорта);аппараты с изменяющимся агрегатным состоянием сред (например пароводяные инжекторы, струйные подогреватели).

По упругости (сжимаемости) взаимодействующих сред струйные аппараты делятся на:

аппараты, в которых обе среды (рабочая и инжектируемая) упруги;аппараты, в которых одна из сред упруга;аппараты, в которых обе среды не упруги.

По степени сжатия и степени расширения равнофазные струйные аппараты для упругих сред можно классифицировать следующим образом:

аппараты с большой степенью расширения и умеренной сте пенью сжатия (газо струйные или пароструйные компрессоры); аппараты с большой степенью расширения и большой степеньюсжатия (газоструйные или пароструйные эжекторы);аппараты с большой степенью расширения и малой степенью сжатия (газоструйные или пароструйные инжекторы).

5

Разнофазные струйные аппараты в зависимости от упругих свойств взаимодействующих сред также можно разделить на три типа:

аппараты с упругой рабочей и неупругой инжектируемой средами (например пневмотранспортные струйные аппараты, где газ инжектирует сыпучее твердое тело или жидкость);аппараты с неупругой рабочей и упругой инжектируемой средами (например водо-воздушные эжекторы);аппараты, в которых обе среды неупругие (например аппараты для гидротранспорта твердых сыпучих тел, в которых жидкость инжектирует сыпучее твердое тело).

Струйные аппараты, в которых полностью изменяется агрегатное состояние одного из взаимодействующих потоков, можно разделить на два типа:

аппараты, в которых рабочей средой является пар, а инжектируемой — жидкость (парожидкостные инжекторы);аппараты, в которых рабочей средой является жидкость, а инжектируемой — пар (струйные по догреватели).

6

Классификация струйных аппаратов [1]

Группа аппаратов

Состояние взаимодействующих

сред

Свойства взаимодействующих

сред

Степень сжатия создаваемая

аппаратомАппараты

Равнофазные Агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред одинаково

Упругие среды 1,2-2,5 Газо(паро)струйные компрессоры

больше 2,5 Газо(паро)струйные эжекторы

меньше 1,2 Газо(паро)струйные инжекторы

Неупругие среды Любая Струйные насосы

Разнофазные Агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред неодинаково

Рабочая – упругая, инжектируемая - неупругая

Любая Струйные аппараты для пневмотранспорта

Рабочая – неупругая, инжектируемая - упругая

Любая Водовоздушные эжекторы

Рабочая и инжектируемая - неупругая

Любая Струйные аппараты для гидротранспорта

Изменяющейся фазности

Агрегатное состояние одной из сред изменяется

Рабочая – упругая, инжектируемая - неупругая

Любая Пароводяные инжекторы

Рабочая – неупругая, инжектируемая - упругая

Любая Пароводяные смешивающие подогреватели

7

2. Использование струйных аппаратов в схемах АЭС

Пароструйные и водоструйные эжекторы для отсоса паровоздушной смеси из конденсаторов. Струйные насосы-дозаторы для приготовления химических растворов заданной концентрации. Бустерные вспомогательные насосы. Струйные насосы в контуре циркуляции кипящих реакторов.

Достоинства струйных аппаратов:

Простота конструкции.Надежность работы.Возможность установки втруднодоступных местах.Отсутствие необходимости постоянного обслуживания.

Недостатки струйных аппаратов:

Низкий КПД.Небольшие создаваемыенапоры.Необходимость наличияисточника более высокогодавления.

Область применения

8

В этой схеме тепловая энергия, заключенная в кипящей воде или паре преобразуется в энергию прокачки теплоносителя через контур. Этот принцип ранее предложен в [4] для циркуляции рабочего тела ( жидкого металла ) в МГД генераторах.

Схема расхолаживания активной зоны канального реактора с использованием инжектора конденсационного типа (проект) [2, 3]

1 – реактор;2 – сепаратор;3 – турбогенератор;4 – термонасос;5 – разгонное сопло;6 – камера смешения;7 – питательный насос;8 – деаэратор;9 – диффузор.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема контура многократной принудительной циркуляции канального реактора с термонасосом (с конденсацией паровой фазы питательной воды)

9

Отсутствие электропривода, вращающихся частей, простота изготовления СПЖН являются существенными преимуществами этой схемы. Исследования этой схемы на воздуховодяной смеси [8, 9] показали, что можно добиться сепарации газовой фазы до 90%.

Схема расхолаживания активной зоны кипящего реактора с использованием сепарационного парожидкостного насоса (проект) [5, 6, 7]

1 – активная зона;2 – СПЖН;3 – разгонное сопло;4 – поверхность динамического сепаратора;5 – захватывающая щель;6 – паровой диффузор;7 – водяной диффузор;8 – доосушитель.

Рисунок 2.2 - Контур циркуляции кипящего реактора с сепарационным парожидкостным насосом (СПЖН)

10

1-2 – разгон в сопле;2-4 – конденсация питательной водой образовавшейся паровой фазы;4-5 – торможение в диффузоре;5-1 – нагрев жидкости в реакторе.

1-2 – разгон в сопле;2-3 – сепарация паровой фазы;2-4 – сепарация жидкой фазы;4-5 – торможение в диффузоре;5-1 – нагрев и испарение в реакторе.

Рисунок 2.3 – Термодинамический цикл термонасоса с конденсацией паровой фазы

Рисунок 2.4 - Термодинамический цикл СПЖН в кипящем реакторе

11

Организация циркуляции теплоносителя в контурах кипящих реакторов

В практике реакторостроения ведущих зарубежных фирм (Дженерал Электрик – США, АЕG и КSB-Германия) в схеме контура многократной принудительной циркуляции (МПЦ) кипящих реакторов стала классической смешанная схема циркуляции [10, 11].

1 - сопло системы разбрызгивания воды; 2 - пароосушитель; 3 - парогенераторы; 4 - вход питательной воды; 5 - разбрызгиватель питательной воды; 6 - трубопровод системы разбрызгивания воды в активной зоне; 7 - кожух активной зоны; 8 - направляющая лопатка; 9 - плита активной зоны; 10 - выход циркулирующей воды; 11 - опорная юбка корпуса реактора; 12 - внутриреакторные датчики; 13 - приводы стержней регулирования; 14 - вход воды в водоструйный насос; 15 - топливные кассеты; 16 - водоструйный насос; 17 - верхняя направляющая конструкция; 18 - разбрызгиватель воды в активной зоне; .19 - вход воды системы впрыска низкого давления; 20 - выход воды системы впрыска; 21 - выход пара

Рисунок 2.5 - Конструкция реактора типа BWR/6, спроектированного фирмой General Electric для АЭС в Grand Gulf

12

В реакторе АЭС в Grand Gulf циркуляция теплоносителя через активную зону осуществляется струйными насосами, установленными по периметру активной зоны. Рабочая среда к соплам струйных насосов подается внешними электронасосами в количестве 1/3 общего расхода через контур МПЦ. Для уменьшения вероятности запаривания струйных насосов под уровень подается вода питательными насосами от деаэраторов.Преимущества этой схемы по сравнению с обычной (с главными циркуляционными насосами) заключаются в уменьшении габаритов внешнего контура МПЦ за счет уменьшения числа дорогостоящих ГЦН и, естественно, уменьшения затрат электроэнергии на циркуляцию теплоносителя.В развитие смешанной схемы авторами [12] предложена схема (рисунок 2.6), исключающая полностью ГЦН. В соответствии с рисунком питательные насосы 9 падают все количество питательной воды, равное паропроизводительности реакторной установки к рабочим соплам струйных циркуляционных насосов (СЦН) 3, установленным также внутри корпуса по периметру активной зоны. Ускоренная в соплах рабочая жидкость подсоединяет прошедшую через сепараторы воду при параметрах насыщения в количествах, определяемых кратностью циркуляции. Смесь после струйных насосов подается в активную зону. Образовавшаяся в активной зоне паровая фаза отделяется от циркулирующей воды в сепараторе первой ступени 4, и пройдя сепараторы осушители 5 направляется в турбину, а жидкая фаза вновь поступает на вход в СЦН. Основными преимуществами данной схемы по сравнению со смешанной являются:- отсутствие ГЦН, что снижает габариты и стоимость установки в целом;- использование в схеме питательных насосов с паровым приводом позволяет обеспечить аварийной расхолаживание реакторной установки при отключении трансформаторов собственных нужд.Внешняя водяная петля с расширителем 11 используется в процессе аварийного останова реактора, причем врезка в корпус реактора во избежание обезвоживания осуществляется на отметке ниже уровня над активной зоной.

13

Рисунок 2.6 - Струйный циркуляционный насос в контуре МПЦ кипящего реактора корпусного типа (схема ПН-СЦН)

1 – активная зона;2 – СЦН;3 – рабочее сопло СЦН;4 – сепаратор первой ступени; 5 – сепаратор-осушитель;6 – турбогенератор; 7 – конденсатор; 8 – деаэратор; 9 – питательный турбонасос; 10 – коллектор; 11 – расширитель.

14

Впервые на возможность использования инжектора в качестве побудителя циркуляции в кипящем реакторе корпусного типа указывается в [13]. На рисунке 2.7 представлена схема циркуляции теплоносителя с использованием инжектора и струйного насоса.

Контур циркуляции с инжектором–конденсатором и струйными насосами

1 – инжектор;2 – подвод питательной воды;3 – рабочее сопло струйного насоса; 4 – камера смешения струйного насоса;5 – активная зона реактора Рисунок 2.7 – Циркуляционная система с термо- и струйным насосам установленным в корпусе реактора

15

Отметим, что схема по рисунку 2.7 не лишена недостатков, а именно, существует проблема связанная с запуском инжектора. В этом плане схему по рисунку 2.8 [14] следует считать дальнейшим развитием вышеприведенной схемы.

1 – реактор;2 – парогенератор;3 – инжектор;4 – струйный насос;5 – водоохладитель;6 – обратный клапан;7 – линия кипящей воды на инжектор;8 – линия охлаждающей воды (пассивной) на инжектор; 9 – пусковая линия; 10 – линия пассивной (кипящей) воды на струйный насос; 11 – линия к турбоагрегату; 12 – напорная линия. Рисунок 2.8 – Контур циркуляции энергетической установки с инжектором и струйным насосом

16

Рассмотрим кратко работу энергетической установки, изображенной на рисунке 2.8. Пуск и разогрев реактора до определенной мощности должны производится в режиме естественной циркуляции. С мощности реактора, когда массовое паросодержание достигнет величины

(UМИН – минимальное значение коэффициента инжекции, при котором возможна устойчивая работа инжектора),

представляется возможность запустить инжектор сбросом массы в емкость атмосферного типа с помощью пусковой линии 9. После запуска инжектора с закрытием линии 9 инжектор служит источником рабочей среды высокого давления для струйного насоса 4, осуществляющего циркуляцию теплоносителя через реактор в принудительном режиме. В этой схеме в случае обесточивания трансформаторов собственных нужд, предусмотрена линия рециркуляции с водоохладителем 5 и обратным клапаном 6.

17

Одной из проектных аварий, рассматриваемых в соответствии с требованиями безопасности АЭС является авария, связанная с обесточиванием ГЦН. Для отвода тепла от парогенерирующего оборудования в этом случае предлагается пассивная система на базе инжектора-конденсатора (СПОТ-ИК). Принципиальные схемы такой системы для АЭС с реакторами ВВЭР показаны на рисунке 2.9. Рабочей средой инжектора по схеме № 1 является сухой пар, а по схеме № 2 кипящая вода. Пассивной средой в обоих случаях является кипящая вода, охлажденная в теплообменнике 4 до соответствующей температуры. В режиме нормальной работы энергоблока система должна находиться в режиме ожидания аварии. На этапе запуска системы открывается обратный клапан 5 и рабочая и пассивная среды из парогенератора сбрасываются через инжектор в пусковую емкость 6. В процессе заполнения емкости запускается в работу инжектор, а по достижении в емкости давления большего давления в парогенераторе на величину гидравлического сопротивления контура расхолаживание остановленного реактора осуществляется в режиме принудительной циркуляции с помощью инжектора.

Система пассивного отвода тепла на базе инжектора–конденсатора (проект) [15]

1 – реактор; 2 – парогенератор;3 – инжектор; 4 – водоохладитель;5 – быстродействующий клапан;6 – пусковая емкость; 7 – обратный клапан; 8 – электронасос Рисунок 2.9 – Принципиальная схема СПОТ-ИК на случай аварии с обесточиванием электронасоса

В новых проектах АЭС (АЭС-2006, ВВЭР-ТОИ) в системе аварийного и планового расхолаживания первого контура реакторной установки планируется использовать агрегат «насос-эжектор», который представляет собой соединение насоса высокого давления и водо-водяного эжектора, устанавливаемого на напорной стороне насоса, рисунок 2.10.Предполагается, что в аварийных условиях в случае высокого давления в первом контуре (от 8 до 2 МПа) будет работать только насос высокого давления, а при снижении давления ниже 2 МПа в работу также включится эжектор, увеличивая расход подаваемой воды, что соответствует режиму работы насоса САОЗ низкого давления.

18

Система безопасности на основе агрегата «электронасос-струйный насос»

1 – реактор;2 – бассейн выдержки отработанного топлива;3 – парогенератор;4 – электронасос; 5 – водоохладитель; 6 – электронасос; 7 – струйный насос 

Рисунок 2.10 – Принципиальная схема системы аварийного расхолаживания первого контура и бассейна выдержки отработанного топлива

19

3. Расчет струйных аппаратов

Процессы, характерные для всех без исключения струйных аппаратов, описываются тремя законами:

сохранения энергии

где hр, hн, hс – энтальпия рабочего и инжектируемого потоков до аппарата и смешанного потока после аппарата, кДж/кг; u=Gн/Gр – коэффициент инжекции, т.е. отношение массового расхода инжектируемого потока к массовому расходу рабочего потока;

сохранения массы

где Gр, Gн, Gс – массовые расходы рабочего, инжектируемого и смешанного потоков, кг/с;

сохранения импульса

где Iр, Iн, - импульс рабочего и инжектируемого потоков во входном сечении камеры смешения, Н; Iс – импульс смешенного потока в выходном сечении камеры смешения, Н; – интеграл импульса по боковой поверхности камеры смешения, для цилиндрической камеры смешения равен нулю.

20

Импульс потока в любом сечении:

где G – массовый расход, кг/с; – скорость, м/с; p – давление, Па; f – сечение, м2.

В зависимости от свойств и условий взаимодействия рабочего и инжектируемого потоков в струйных аппаратах возникает ряд дополнительных процессов, которые специфичны только для аппаратов определенного типа. Эти процессы существенно отражаются в работе аппаратов данного типа и должны учитываться при их расчете.

В большинстве случаев при расчете струйных аппаратов решаются следующие две задачи:

определение достижимого коэффициента инжекции u при заданных параметрах рабочего (pр, Тр или рр, hр) и инжектируемого (pн, Тн или рн, hн) потоков перед аппаратом и заданном давлении на выходе рс;определение достижимого давления на выходе рс при заданных параметрах рабочего и инжектируемого потоков перед аппаратом и заданном коэффициенте инжекции u.

21

При расчете струйных аппаратов широко используются газодинамические функции. Газодинамические функции связывают термодинамические параметры потока (температуру, давление, плотность и др.) с его приведенной скоростью, т.е. отношением скорости потока при его адиабатном течении к критической скорости: =а/а*.

Наиболее часто используются следующие газодинамические функции:

функция () – относительная температура, т.е. отношение абсолютной температуры Т изоэнтропно движущегося газа в данном сечении к абсолютной температуре торможения Т0

функция П() – относительное давление, т.е. отношение давления p изоэнтропно движущегося газа в данном сечении к давлению торможения p0

Газодинамические функции

22

функция () – относительная плотность, т.е. отношение плотности изоэнтропно движущегося потока в данном сечении к его плотности 0 в заторможенном состоянии

функция () – относительный удельный объем, т.е. отношение удельного объема изоэнтропно движущегося потока в данном сечении к удельному объему 0 заторможенного потока

функция q() – приведенная массовая скорость, т.е. отношение массовой скорости а, кг/(м2с), изоэнтропно текущего потока в данном сечении к массовой скорости этого потока а**, кг/(м2с), в критическом сечении

23

Зависимости для расчета достижимых параметров и оптимального отношения сечений струйных насосов могут быть выведены на основе уравнения характеристики этих аппаратов.При заданном значении Pр=(Рр-Рн) и заданном коэффициенте инжекции и оптимальное отношение сечений f3/fP1 соответствует мак симальному значению перепада давлений Pc или P3, развиваемого струйным насосом.

Расчет струйных насосов

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема струйного насоса

24

Уравнение характеристики струйного насоса:

где fP1, fН2, f3 – площадь выходного сечения рабочего сопла, инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения, выходного сечения камеры смешения, м2; H, P, C – удельный объем инжектируемой, рабочей и смешанной среды, м3/кг; 1, 2, 3, 4 – коэффициент скорости рабочего сопла, камеры смешения, диффузора и входного участка камеры смешения; u – коэффициент инжекции; РС=РС-РН, РР=РР-РН.

На основании уравнения характеристики струйного насоса и из условия dpC/d(fP1/f3)=0 находиться оптимальное отношение сечений для струйных насосов с диффузором:

где

Величиной n предварительно задаются, а затем уточняют по найденному значению f3/fP1.

Путем подстановки найденной величины (f3/fP1)опт в уравнение характеристики насоса находят достижимый перепад давления РС струйного насоса.

25

Расчет водовоздушных эжекторов

В водовоздушных эжекторах (рисунок 3.2) рабочей (эжектирующей) средой служит вода, подаваемая под давлением к суживающемуся соплу 1, на выходе из которого она приобретает большую скорость. Вытекающая из сопла в приемную камеру 3 струя воды увлекает с со бой поступающие через патрубок 2 в камеру воздух или паровоздуш ную смесь, после чего поток попадает в камеру смешения 4 и диффу зор 5, где и происходит повышение давления.При отсасывании водоструй ными эжекторами паровоздуш ной смеси содержащийся в пос ледней пар конденсируется, вследствие чего сжатию в камере смешения подвергается, как и в случае отсасывания сухого воз духа, водовоздушная смесь.При работе водовоздушного эжектора масса инжектируемого воздуха значительно меньше массы рабочей воды и не может поэтому в какой-либо степени изменить скорость струи рабочей воды. Применение в дан ном случае уравнения импульсов для взаимодействующих потоков, как это делается при выводе расчетных уравнений для однофаз ных аппаратов, приводит к значениям достижимого коэффициента инжекции, в несколько раз превышающим опытные. Поэтому пред ложенные до настоящего времени различными авторами методы рас чета водовоздушных эжекторов представляют собой по существу эмпирические формулы, позволяющие получить результаты, более или менее приближающиеся к опытным данным.

Рисунок 3.2 – Схема водовоздушногоэжектора

26

Экспериментальные исследования водовоздушных эжекторов по казали, что при изменении в широких пределах параметров работы эжектора (давления рабочей, инжектируемой, сжатой сред, массо вого расхода воздуха) сохраняется достаточно стабильным объемный коэффициент инжекции. Поэтому в ряде методик расчета водовоздуш ных эжекторов предлагаются формулы для определения объемного коэффициента инжекции

u0=VВ/VР

где VВ — объемный расход инжектируемой среды; VР — объемный расход рабочей среды.

На основании результатов испытаний водовоздушного эжектора с одноструйным соплом и цилиндрической камерой смешения длиной около 10 калибров было предложено использовать для расчета водо воздушного эжектора формулы для струйного насоса, в которых массовый коэффициент инжекции и заменен объемным и0, скорость эжектируемой среды равна нулю, удельные объемы рабочей и сжатой сред одинаковы [16]. При этих условиях формулы для рас чета водовоздушного эжектора принимают следующий вид:

достижимый объемный коэффициент инжекции:

где PP = PP – PН - располагаемый перепад давлений рабочей воды; РС = РС - РН - перепад давлений, создаваемый эжектором; РР, РН, РС - давления рабочей, инжектируемой и сжатой сред. Для расчетов можно принимать К = 0,85;

27

отношение сечений камеры смешения и сопла f3/fP1 определяется по уравнению:

уравнение характеристики водовоздушного эжектора при условии P2=PН, чему отвечает fН= и соответственно fР1/fН2=0:

где fP1, f3 – площадь выходного сечения рабочего сопла, выходного сечения камеры смешения, м2; 1, 2, 3 – коэффициент скорости рабочего сопла, камеры смешения, диффузора; u0 – объемный коэффициент инжекции; РС=РС-РН, РР=РР-РН.

28

Расчет водовоздушных инжекторов

Для всех типов струйных аппаратов при работе их в оптимальном режиме с увеличением величины основного геометрического пара метра f3/fP1 увеличивается коэффициент инжекции и снижается создаваемый аппаратом напор.Одним из условий работы водовоздушного эжектора в оптималь ном режиме является образование в камере смешения однородной по сечению водовоздушной эмульсии. Этому способствует увеличение длины камеры смешения и числа струй ра бочей среды, поступающих в камеру смешения. Для создания в водовоздушном эжекторе очень малых перепадов давлений PC, изме ряемых миллиметрами или десятками миллиметров водяного столба (десятками или сотнями Паскалей), и получения объемных коэффи циентов инжекции, измеряемых десятками и сотнями, требуются очень большие значения f3/fP1. При этом однородная эмульсия с по мощью обычных сопл, создающих сплошные струи, не может быть получена. Для этой цели применяются форсунки, позволяющие получить диспергированную струю, т. е. струю в виде факела, состоя щего из мелких капель. Струйные аппараты, работающие в этом диа пазоне параметров, в соответствии с принятой в первом разделе классификацией можно назвать водовоздушными инжекторами.

Методика расчета водовоздушных инжекторов [17, 18] является достаточно сложной и для практической реализации требует применения ЭВМ.Экспериментальные исследования водовоздушных инжекторов, про веденные в Ярославском политехническом институте [17] и во ВТИ [19], позволили предложить для ориентировочных инженерных рас четов этих аппаратов следующие формулы.

29

Уравнение характеристики водовоздушного инжектора с задан ными геометрическимиразмерами f3 / fP1:

В частных случаях:

при u0 = 0

при РС/РР = 0

Оптимальное значение f3 / fP1:

Достижимый коэффициент инжекции:

30

В пароводяных инжекторах осуществляется повышение давления жидкости за счет кинетической энергии струи пара, который в про цессе смешения с жидкостью полностью конденсируется в ней. Осо бенностью этого процесса в отличие от процессов в других типах струйных аппаратов является возможность при определенных усло виях повышения давления инжектируемой воды до значения, пре вышающего давление рабочего пара.

Расчет пароводяных инжекторов (с цилиндрической камерой смешения)

Рисунок 3.3 - Схема пароводя ного инжектора с цилинд рической камерой смеше ния

31

Уравнение характеристики пароводяного инжектора:

где РС=РС-РН - - перепад давлений, создаваемый эжектором; ПР1, ПР* - относительное давление в критическом сечении и на выходе рабочего сопла; РР, РН - давления рабочей и инжектируемой сред; fP1, fP*, f3 – площадь выходного и критического сечений рабочего сопла; К1 = 123 – коэффициент скорости рабочего потока; 1, 2, 3 – коэффициент скорости рабочего сопла, камеры смешения, диффузора; u – коэффициент инжекции; kР - показатель адиабаты рабочего потока; P, C – удельный объем рабочей и смешанной среды, Р1 – приведенная скорость потока на выходе из рабочего сопла.

Давление после инжектора:

Достижимый коэффициент инжекции:

где PK – давление насыщенного пара.

Совершенство струйных аппаратов определяется значением КПД, представляющим собой отношение эксергии, полученной инжектируемым потоком, к эксергии, затраченной рабочим потоком:

где ер, ен, ес – удельные эксергии рабочего, инжектируемого и сжатого потоков.

Удельной эксергией называют работу, которую можно получить с помощью одной массовой единицы рабочего тела, например 1 кг газа или пара, при обратимом изменении параметров торможения рабочего тела до параметров окружающей среды. Удельная эксергия, кДж/кг, определяется по формуле:

где h0, s0 – удельная энтальпия и удельная энтропия рабочего тела в изоэнтропном заторможенном состоянии; h0.с, Т0.с, s0.с – удельная энтальпия, температура, удельная энтропия рабочего тела в состоянии равновесия с окружающей средой.

Тогда выражение для КПД струйного аппарата можно переписать, как

где hр, hн, hс – удельная энтальпия рабочего, инжектируемого и сжатого потоков в заторможенном состоянии; sр, sн, sс – удельные энтропии этих потоков в заторможенном состоянии.

32

Анализ эффективности струйных аппаратов

33

1. Соколов Е.А., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 351 с.2. Карасев Э.К. Струйный термонасос как источник циркуляции в испарительном контуре кипящего

реактора // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Реакторостроение», 1979 г., вып. 2, с. 3-9.3. Карасев Э.К. и др. Об эффективности перспективных типов циркуляторов в водографитовых

реакторах // Атомная энергия , т. 51, вып. 1 , июль, 1982 г.4. Калафати Д.Д., Козлов В.В. Термодинамика жидкометаллических МГД – преобразователей. – М.:

Атомиздат, 1972 г.5. Циклаури Г.В. и др. Адиабатные двухфазные течения. – М.: Атомиздат, 1973 г.6. Эллиот Д.Ж. Двух жидкостный МГД - преобразователь для превращения ядерной энергии в

электрическую // Реактивная техника и космонавтика, №6. – М.: Мир, 1962 г.7. Горбенко Г.А., Фролов С.Д. О характеристиках поверхностных сепараторов струйных

газожидкостных насосов // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок, вып.5, Харьков, 1978 г.

8. Горбенко Г.А., Селиванов В.Г. и др. Исследование работы струйного насоса жидкости с несущим газом // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок., Вып 2, Харьков, 1975 г.

9. Горбенко Г.А., Фролов С.Д. Исследование поверхностных сепараторов струйных насосов жидкости с несущим газом // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок, Вып. 2, Харьков, 1975 г.

10. Патентно-лицензионная практика и уровень работ ведущих капиталистических фирм в области насосостроения для АЭС. Обзор ЦНИИАТОМИНФОРМ., – М., 1971 г.

11. D.M, Gluntz, R.H. Maen, J.L. Wray. Jet pums Adwance BWR Recirculation Flow-Design Nucleonic, 1965 г.

Список литературы

34

12. Экспериментальная отработка двухступенчатого струйного циркуляционного насоса // Отчет. ДСП-43 / ЭНИС НПО «Энергия», Исп.: Ларионов Н.П., Трубкин Е.И., Электрогорск, 1976 г. – 45 с.

13. Kiruef B.C. Nuclear reactor with jet pumps arrangement for obtaining liquid recurculation. - Лат. 3274065, 1966 (США).

14. Вазингер В.В., Карасев Э.К., Трубкин Е.И. – Ядерная энергетическая установка,- А.С. № 533165, 1976, СССР.

15. Блинков В.Н., Болтенко Э.А., Трубкин Е.И – Способ расхолаживания активной зоны.- Патент № 2189646, 2002 (РФ).

16. Коган П.А., Шамис И.А., Якушин А.Н. Определение оптимальных геометрических характеристик газоструйных аппаратов // Теплоэнергетика, 1967, № 9, с. 69-73.

17. Басаргин Б.Н. Исследование гидродинамики и массообменной способности аппаратов инжекторного типа: Дис. доктора техн. наук, Ярославль, 1974 г.

18. Гальперин Н.И., Басаргин Б.Н., Звездин Ю.Г. О гидродинамике жидкогазовых инжекторов с диспергированием рабочей жидкости // Теоретические основы химических технологий, 1972, Т. VI, № 3, с. 434-439.

19. Охлаждение и очистка воздуха герметичных помещений АЭС высокопроизводительными водовоздушными эжекторами / Л.И. Турецкий, Б.М. Столяров, А.И. Белевич и др. // Теплоэнергетика, 1985, № 7, с. 58-60.

Список литературы